科学家们发现了使海藻能够产生独特类型叶绿素的基因。他们成功地将这个基因植入陆地植物中，为在更少的土地上获得更高的农作物产量铺平了道路。

找到该基因解决了科学家们长期以来的一个谜团，即藻类制造叶绿素并生存的分子途径。

“海洋藻类产生了我们呼吸的一半氧气，甚至比陆地上的植物还要多。它们以巨大的食物网、被哺乳动物和人类吃掉的鱼类为食，”加州大学河滨分校生物工程助理教授、该研究的主要作者TingtingShang说。“尽管它们具有全球意义，但直到现在我们还不了解藻类生存的遗传基础。”

这项发表在《当代生物学》上的研究还记录了另一项史无前例的成就：证明陆地植物可以产生海洋叶绿素。该实验使用了烟草植物，但从理论上讲，任何陆地植物都可能能够整合海藻基因，使它们能够吸收更全面的光谱并实现更好的生长。

叶绿素是一种能够进行光合作用的色素，即将光转化为“食物”或化学能的过程。植物产生叶绿素a和b，而大多数海藻和海带产生c，这使它们能够吸收到达水中的蓝绿光。

“叶绿素b和c吸收不同波长的光，”Xiang说。“海洋吸收红光，这就是为什么它看起来是蓝色的。叶绿素c的进化是为了捕获深入到水中的蓝绿光。”

这项研究的另一个应用可能是藻类生物燃料的生产。有一些藻类可以像陆地植物一样产生叶绿素a或b，而不是c。向这些藻类注入制造叶绿素c的基因还可以增强它们利用更多光的能力并促进其生长，从而为燃料创造更多原料。

研究人员最初打算深入了解生活在珊瑚中的藻类物种。这些藻类制造糖并与珊瑚宿主分享。“每个珊瑚群都有数千个水螅体，它们的棕色是来自藻类。每当你看到珊瑚白化时，都是由于藻类的消失造成的，”项说。

研究人员对藻类进行光合作用的能力如何影响珊瑚很感兴趣，他们用突变藻类进行了实验。这些罕见的突变体比它们的棕色亲戚颜色更黄，并且无法进行光合作用。他们出乎意料地发现，在珊瑚中，这些突变藻类仍然能够生存和生长，因为珊瑚为藻类提供了生长所需的营养。

幸运的是，通过使用下一代DNA测序和大量数据分析，研究人员还能够利用突变体发现负责叶绿素c产生的基因。“发现叶绿素c基因并不是我们工作的最初目标。我们制造突变体还有另一个原因，但我想我们只是幸运，”项说。

通过对产生叶绿素c的遗传基础有了新的了解，研究人员希望这项工作最终能够帮助阻止全球珊瑚白化的浪潮。此外，还有一些陆地应用可以帮助人们适应气候变化。

“叶绿素c生物合成途径的识别不仅仅是一种科学好奇心;它是可持续能源和粮食安全的潜在游戏规则改变者，”加州大学河滨分校化学工程教授兼研究合著者罗伯特·金克森(RobertJinkerson)说。

金克森说：“通过解开这种关键色素的秘密，我们不仅可以深入了解海洋生态系统的命脉，而且还开辟了一条开发更强大的作物和高效生物燃料的道路。”